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等離子體是物質(zhì)的第四種形態(tài),又被叫做電漿主要分為兩大類:熱等離子體和非熱等離子體，熱等離子體具有很高的粒子溫度,常用于冶金、離子切割、噴涂及熔融危險(xiǎn)物形成無害產(chǎn)物等方面,但由于其選擇性不佳,能量利用率低,故未能在化學(xué)反應(yīng)方面得到廣泛的應(yīng)用。與熱等離子體不同,盡管非熱等離子體在放電時(shí)會產(chǎn)生很高的電子溫度,但重粒子溫度卻很低,這使得整個放電環(huán)境呈現(xiàn)低溫狀態(tài)。電子的溫度并不像熱等離子體一樣用來加熱氣體,而是用來產(chǎn)生利于反應(yīng)進(jìn)行的高活性粒子如電子、離子、原子和活性自由基等”。非熱等離子體通常由氣體放電產(chǎn)生,按照不同放電形式主要分為以下幾種:介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、微波放電、輝光放電和電暈放電。其示意圖見圖1。

圖1非熱等離子體的示意圖

a.介質(zhì)阻擋放電;b.輝光放電;c.射頻放電;d.微波放電;e.電暈放電

介質(zhì)阻擋放電

介質(zhì)阻擋放電通常是指被絕緣介質(zhì)阻斷的兩個金屬電極間的電場強(qiáng)度達(dá)到擊穿強(qiáng)度而形成的一種氣體放電形式,是一種典型的雙電極放電形式,放電過程噪音小而且均勻,并且會產(chǎn)生大量的高活性物質(zhì)(如激發(fā)態(tài)粒子、自由基等)和具有高熱效應(yīng)的自由電子,這些物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)非?；钴S,往往能夠促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。因此,介質(zhì)阻擋放電是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的一種等離子體放電形式。

射頻放電

射頻放電是通過外加電場或高頻感應(yīng)電場使得反應(yīng)器內(nèi)部處于低壓狀態(tài)的氣體電離而產(chǎn)生的一種氣體放電形式,分為感應(yīng)放電和電容放電兩種形式。通常情況下,射頻等離子體的電源與放電區(qū)域分開,通過接線將螺旋圈固定在反應(yīng)器外部,通過耦合的方式進(jìn)行等離子體放電。因具有低氣壓、高密度等放電特性,常被應(yīng)用在新材料的制備及材料表面改性等工藝中。

微波放電

微波放電是指在微波能量場作用下加速反應(yīng)體系中的電子,激發(fā)反應(yīng)氣體,從而產(chǎn)生等離子體的一種放電形式。與其他放電形式相比,微波放電是可以在沒有電極與等離子體接觸的情況下操作微波進(jìn)行放電處理,具有放電均勻、處理高效、避免樣品污染等優(yōu)勢。

輝光放電

輝光放電是指在反應(yīng)器空腔內(nèi)充滿低壓氣體,在外電壓的作用下,稀薄氣體中的正離子經(jīng)過電場加速,獲得足夠的動能,轟擊陰極產(chǎn)生二次電子,從而使氣體導(dǎo)電所產(chǎn)生的一種放電形式。輝光放電電流強(qiáng)度小、密度大、粒子能量高,因此該技術(shù)常用來刻蝕或摻雜材料。

電暈放電

電暈放電是指當(dāng)電極尖端附近的電場強(qiáng)度達(dá)到擊穿強(qiáng)度時(shí),介質(zhì)間隙被擊穿,氣體發(fā)生游離而產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象。此現(xiàn)象常發(fā)生在不均勻電場中電場強(qiáng)度很高的區(qū)域,在工作時(shí)電極尖端附近會出現(xiàn)與日暈相似的藍(lán)色發(fā)光層,并伴有“嘶嘶”的放電聲。近年常被應(yīng)用在材料表面處理和材料制備等領(lǐng)域。